天方夜谭vcl：多态.htm

csdn10年中间经典帖子

		int r;
		point p = {dx, dy};
		dispatch(-1, &p, &r);
		return r;
	}
        Dynamic void draw(void *hdc)		{dispatch(-2, hdc, 0);}
        Dynamic void save(void* o) const	{dispatch(-3, o, 0);}
        Dynamic void load(void* i)		{dispatch(-4, i, 0);}
};

<P style="BACKGROUND: #ccffcc"><CODE>const DMT Shape::dmt_Shape = 
        DMT(0, 4, -1, -2, -3, -4, &amp;Shape::f_move, 0, 0, 0);</CODE></P>
</PRE>
<P>背景突出部分就是有改动的地方。如果子类Triangle要改写Shape::draw，那么只需要 <PRE>class Triangle {
	private:
		void f_draw(void*);
		...
	protected:
		static const DMT dmt_Triangle;
		...
	public:
		Triangle()  {dmt = &amp;dmt_Triangle; ...}
		...
};

const DMT Triangle::dmt_Triangle =
	DMT(Shape::dmt_Shape, ..., -2, ..., &amp;Triangle::f_draw...);
</PRE>这就是对“Dynamic函数”的另一种实现，这样可以分离数据和代码。当然这个示例并不具备实际应用价值，在静态成员初始化、调用约定、可读性等诸多设计上都有不少问题，仅仅起演示作用。 

<H5>动态（dynamic）函数</H5>
<P>Object 
Pascal提供了两种函数实现多态：一种是我们熟悉的虚拟（virtual）函数，另外一种则是动态（dynamic）函数，其实就是对前面的“Dynamic函数”提供的语言级别的支持。 

<P>可能有些用C++ Builder的朋友说，C++ Builder里怎么看到啊？在C++ 
Builder里，标识动态函数的宏（macro）是DYNAMIC，也就是__declspec(dynamic)，这是Borland对C++的扩充。像TControl::Click、TControl::MouseMove等等都是动态函数。DYNAMIC的用法和virtual基本一致，我所发现的不同仅仅是，当子类改写父类相应函数时，子类中virtual可以省略，而DYNAMIC则不行。 

<P>那么，每个类的动态函数的入口在哪里呢？上次，我们已经挖出了VMT的分布图，里面就有vmtDynamicTable = 
0xffffffd0这么一句，字面就告诉我们，这是动态方法表DMT（Dynamic Method Table）的入口。不妨检验一下。 <PRE>#include <VCL.H>
#include <IOSTREAM>
struct A: private TObject
{
        DYNAMIC void f1() = 0;
        void f3() {}
        virtual void f4() {}
        DYNAMIC void f2() = 0;
};
struct B: A
{
        DYNAMIC void f1() {}
        DYNAMIC void f2() {}
};
void main()
{
        A* p = new B;
		std::cout&lt;&lt;(void*)p&lt;<STD::ENDL; p->f1();
        p-&gt;f2();
        delete p;
}
</PRE>这个程序会输出“0118095C”。当然不同的机器上这个数值可能有所不同，总之先记下了。 
<P>其中p-&gt;f1();的汇编代码是 <PRE>push dword ptr [ebp-0x30]
or edx,-0x01					;这句其实就相当于mov edx,0xffffffff
mov eax,[ebp-0x30]
call System::FindDynaInst(void *, int)
call eax
pop ecx
</PRE>p-&gt;f2();的汇编代码是 <PRE>push dword ptr [ebp-0x30]
mov edx,0xfffffffe
mov eax,[ebp-0x30]
call System::FindDynaInst(void *, int)
call eax
pop ecx
</PRE>程序很简单，我们说明一下。 
<UL>
  <LI>or edx,-0x01跟mov 
  edx,0xffffffff的效果是完全一样的，任何数和0xffffffff进行“或”运算的结果当然都是0xffffffff； 
  <LI>这两段唯一的不同就是mov edx,0xffffffff（也就是or edx,-0x01）和mov 
  edx,0xfffffffe，我们上次已经说过了补码表示法，这里其实就是分别传递的A::f1和A::f2的函数代号–1和–2； 
  <LI>执行过mov eax,[ebp-0x30]这一句后，我们可以发现eax的值就是刚才我们记下的数（0118095C），这里包含了指向VMT入口的指针； 

  <LI>向System::FindDynaInst传入的两个参数就分别是包含指向VMT入口的指针，以及相应函数的代号，分别在eax和edx里； 
  <LI>显然System::FindDynaInst把对应函数代号的函数指针放在eax里，call eax就调用相应的函数。 
</LI></UL>这就是整个大的流程。现在我们关心的是，System::FindDynaInst(void*, 
int)到底做了些什么。我们可以跟踪进去，再跳一层，我们来到了函数中，源代码就是Source\Vcl\system.pas中的_FindDynaInst。 <PRE>procedure       _FindDynaInst;
asm
	PUSH	EBX
	MOV	EBX,EDX				;EBX储存了函数的代号
	MOV	EAX,[EAX]			;EAX获得VMT入口地址
	CALL	GetDynaMethod			;调用GetDynaMethod
	MOV	EAX,EBX
	POP	EBX
	JNE	@@exit
	POP	ECX
	JMP	_AbstractError
@@exit:
end;
</PRE>那么我们还得看看GetDynaMethod的源代码。 <PRE>procedure       GetDynaMethod;
{function GetDynaMethod(vmt: TClass; selector: Smallint) : Pointer;}
asm
	{ -&gt;	EAX     vmt of class			}
	{		BX      dynamic method index	}
	{ &lt;-	EBX pointer to routine			}
	{		ZF = 0 if found			}
	{		trashes: EAX, ECX		}

	PUSH	EDI
	XCHG	EAX,EBX				;交换eax和ebx的值
	JMP	@@haveVMT			;交换后ebx是VMT入口地址，eax是函数代号
@@outerLoop:
	MOV	EBX,[EBX]			;取地址
@@haveVMT:
	MOV	EDI,[EBX].vmtDynamicTable	;EDI是DMT的入口
	TEST	EDI,EDI				;测试是否存在DMT（EDI是否为0）
	JE	@@parent			;若DMT不存在，在父类中继续找
	MOVZX	ECX,word ptr [EDI]		;取头两个字节，即动态函数个数
	PUSH	ECX
	ADD	EDI,2				;跳至黄色部分（见后面的图）
	REPNE	SCASW				;查找eax
	JE	@@found				;若找到则跳转
	POP	ECX
@@parent:
	MOV	EBX,[EBX].vmtParent		;在父类中继续
	TEST	EBX,EBX				;是否有父类
	JNE	@@outerLoop			;有则继续查找
	JMP	@@exit				;无则跳转
@@found:
	POP	EAX
	ADD	EAX,EAX				;以下两步是清除ZF，其中ECX值为0
	SUB	EAX,ECX         { this will always clear the Z-flag ! }
	MOV	EBX,[EDI+EAX*2-4]		;edi-1是函数代号所在处
@@exit:
	POP	EDI
end;
</PRE>看汇编头晕吧？嘿嘿，对着注释看看这个图就清楚了。vmtDynamicTable所指向的地址，就是一个DMT，而它的结构，我们前面已经分析过了。唯一需要说明的是 
<PRE>ADD	EAX,EAX					;EAX值为n，自加后为2*n
SUB	EAX,ECX					;ecx值已经递减为0，这句仅仅是清除ZF标志位
MOV	EBX,[EDI+EAX*2-4]			;
</PRE>清除ZF是因为_FindDynaInst要由此判断是否找到相应的函数。而edi-4为函数代号所在的地方，edi-4+4*n即为函数指针所在，也就是edi+eax*2-4。 

<P>其实不需要与汇编纠缠，在前面我们已经知道了其原理，大同小异罢了。 
<H5>结束语</H5>
<P>C++的重用性是对源代码级而言，而对二进制级重用性的支持则捉襟见肘。特别是动态连接库DLL的广泛运用，更显出解决这个问题的重要性。COM的口号之一正是COM 
as a Better C++7。讲COM的书中往往指出若干C++的不足，其实不少是可以解决的。比如 
<UL>
  <LI>问题：不同编译器的名字粉碎机制不同，导致不同编译器编译的模块不能顺利连接。 
  <LI>解决：使用DEF文件。 
  <LI>代价：操作麻烦，增加维护负担，但对程序效率没有任何影响。 </LI></UL>
<UL>
  <LI>问题：不同版本的类大小不一样，主要原因是成员变量增加或减少，导致分配空间时出错。 
  <LI>解决：隐藏实现，成员变量仅保留一个指针void *，在运行时动态申请空间。 
  <LI>代价：可读性和性能均受影响。 </LI></UL>
<P>添加普通成员函数没有什么大的问题，但是添加虚函数则影响VFT，可能导致程序错误甚至系统崩溃。解决的办法在前面已经说明，其中良好的设计是必不可少的。建议 
<UL>
  <LI>根类的设计一定要慎重，VCL从开始至今，TObject类的变化始终很少，否则牵一发而动全身，维护性就大打折扣； 
  <LI>类层次应尽可能浅，尽量避免使用继承等耦合性很强的关系，严格遵循Liskov替换原则LSP[<A 
  href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#99" name=9>9</A>]； 
  <LI>如果程序只在WINDOWS下运行，可以考虑使用COM； 
  <LI>如果始终使用Borland的编译器，并对性能要求不高，可以考虑使用动态（dynamic）函数； 
  <LI>多写几个无用的虚函数占位，也是个不错的方法。 </LI></UL>
<P>动态函数应用在合适的地方，这一点可以参考VCL各个类中动态函数的使用情况。另外，动态函数所节约的VFT空间微不足道，在有的情况反而DMT的空间占得更多。总体来说，动态函数在时间上吃亏，空间上占的便宜也不大。在我看来，解除了父类和子类VFT之间的关联性，才是动态函数最大的好处。 

<P>不论是辨证唯物主义，还是道家思想，都强调事物的两面性。不论什么方法，都是一把双刃剑，所谓“祸兮福之所倚，福兮祸之所伏”。我们要做的，就是权衡利弊，结合具体的环境，扬长避短。 

<H5>参考</H5>
<P><A href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#1" name=11>1</A>. 
虫虫．《<A 
href="http://www.c-view.org/journal/003/vcl_chong.htm">天方夜谭VCL：开门</A>》．C++ 
View．2001，9． 
<P><A href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#2" name=22>2</A>. 
George Shepherd, Brad King. Inside ATL. Microsoft Press. 1999. 
<P><A href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#3" name=33>3</A>. 
Stanley Lippman. Inside the C++ Object Model. Addison-Wesley, Reading, MA. 1996 
<BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;侯捷．《深度探索C++物件模型》．碁峰资讯股份有限公司．1998． 
<BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;侯捷．《深度探索C++对象模型》．华中科技大学出版社．2001． 
<P><A href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#4" name=44>4</A>. 
GoF. Design Patterns: Elements of Reusable Object-Oriented Software. 
Addison-Wesley, Reading, MA. 1995. 
<BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;李英军等．《设计模式：可复用面向对象软件软件的基础》．机械工业出版社．2000． 
<P><A href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#5" name=55>5</A>. 
CKER．《<A 
href="http://www.c-view.org/journal/001/bcb_vcl.htm">深入BCB理解VCL的消息机制</A>》．C++ 
View第1期． 
<P><A href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#6" name=66>6</A>. 
Dale Rogerson. Inside COM. Microsoft Press. 1997. 
<BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;杨秀章．《COM技术内幕》．清华大学出版社．1999． 
<P><A href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#7" name=77>7</A>. 
Don Box. Essential COM. Addison-Wesley, Reading, MA. 1998. 
<BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;侯捷．《COM本质论》．碁峰资讯股份有限公司．1999． 
<BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;潘爱民．《COM本质论》．中国电力出版社．2001． 
<P><A href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#8" name=88>8</A>. 
Brent E. Rector and Chris Sells. ATL Internals. Addison-Wesley, Reading, MA. 
1999. <BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;潘爱民，新语．《ATL深入解析》．中国电力出版社．2001． 
<P><A href="http://www.c-view.org/journal/004/vcl_chong.htm#9" name=99>9</A>. 
Robert C.Martin. “The Liskov Substitution Principle”. C++ Report. 1996, 3. 
<BR>&nbsp;&nbsp;&nbsp;&nbsp;虫虫，plpliuly．《Liskov替换原则LSP》．C++ View．2001，9． 
</TABLE><BR>
<HR width=700>
<BR>
<TABLE align=center border=0 height=17 width=360>
  <TBODY>
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    <TD>&copy;2000-2002 C-View.ORG All Rights 
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